近年来，随着电力电子设备朝着微型化、高热流密度方向发展，散热问题已经成为制约其发展的瓶颈。沸腾换热技术作为一种非常有前景的电力电子设备冷却技术，具有换热效率高、工质用量少、均温性好等优点，已经广泛应用到计算机、直流输电、雷达、交通等领域。

顾国彪等指出，蒸发冷却流动沸腾换热技术具有结构简单、体积小、低噪声等优点，电力电子设备采用该技术后，体积和重量均减少40%以上，工程造价降低40%以上。阮琳等将表贴式蒸发冷却流动沸腾换热技术应用到超级计算机上，液盒紧贴芯片表面，可实现芯片快速降温，具有温度分布均匀、芯片运行温度低、延长使用寿命等优点，该技术可以降低超级计算机6.12%的散热能量消耗。

曹瑞等利用参数化建模方法建立蒸发冷却关键部件——液盒的数学模型，对其内部汽液流程及温度场进行研究，并结合实验结果最终确定了液盒结构。郭朝红等对不同两相流型转变准则进行研究，并提出了适用汽轮机线棒内工质两相流型的转变准则。董海虹等人对不同回路高度对自循环蒸发冷却系统传热性能的影响进行了研究。

在流动沸腾换热基础上通过肋阵强化传热，可以进一步提高电力电子设备冷却能力。该技术迎合了其热流密度快速增长的需要，正受到越来越多学者的关注。通过对相关学者的研究成果分析，发现肋阵结构有利于汽泡的成核、生长、扰动，强化流动沸腾换热过程，同时增加了两相压降损失，使流动沸腾机理更加复杂，现有文献中关于肋阵结构变化对自循环流动沸腾换热影响的研究非常少。

因此，中国科学院电工研究所、中国科学院大学的研究人员采用可视化的研究手段，对方形肋阵表贴式蒸发冷却系统液盒内不同肋高、间距、肋横截面积的肋阵结构对流动沸腾换热与两相压降的影响规律进行了实验研究，给出肋阵对汽泡沸腾过程的影响的可视化结果，对肋阵高度、间距、横截面变化对沸腾换热与两相流动的影响进行分析，得到了不同肋阵结构对液盒内部强化换热效果与两相压降之间的变化规律。

图1 实验系统

他们的主要结论如下：

1）通过可视化观察发现，肋阵可以在液盒内部形成尾迹扰动，同时在主流未饱和情况下，最先在肋表面生成汽泡，热负荷升高后，液盒内不同肋阵结构的流型均为泡态沸腾；对比不同肋阵结构对沸腾换热的影响可以发现，肋高和间距对沸腾换热的强化存在最优值，同等情况下，优先选择提高肋间距来强化流动沸腾换热。

2）根据液盒内部两相流动沸腾换热的特点，建立了液盒内部流动沸腾换热计算模型，得到了液盒内部不同肋阵结构流动阻力循环特性均呈现二次曲线变化规律，肋阵结构参数的变化导致系统流动循环特性曲线整体漂移，流量的漂移是系统沸腾换热效果及流型变化的定量化反映。

3）系统流动循环特性对强化换热肋阵阻力变化的敏感性特点表明在对液盒内流动沸腾换热过程进行强化时，要特别注意肋阵两相流动阻力的变化。

该研究结果为肋阵强化换热结构的选择及在自循环蒸发冷却系统中的设计应用提供了重要的理论依据。

本文编自2022年第5期《电工技术学报》，论文标题为“方形肋阵参数变化对流动沸腾换热影响的实验研究”。论文第一作者为史一涛，1986年生，博士，研究方向为电子装备蒸发冷却技术。通讯作者为阮琳，1976年生，教授，博士生导师，研究方向为电气与电子装备蒸发冷却技术。本课题得到了中国科学院前沿科学研究重点研究计划资助项目的支持。